JP2006019552A - Plasma processing apparatus and manufacturing method of semiconductor device using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は枚葉式のプラズマ処理装置及びそれを用いた半導体装置の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a single wafer plasma processing apparatus and a method for manufacturing a semiconductor device using the same.
近年、半導体デバイスの微細化に伴い、各製造過程において要求される加工精度は年々厳しくなってきている。製造装置の基本的な加工特性の向上はもとより、装置内で発生するパーティクルの低減なくしては、高歩留りで、安定したデバイスの連続生産は困難になってきている。 In recent years, with the miniaturization of semiconductor devices, the processing accuracy required in each manufacturing process has become stricter year by year. In addition to improving the basic processing characteristics of a manufacturing apparatus, it is becoming difficult to continuously produce a stable device with a high yield without reducing particles generated in the apparatus.
従来、パーティクルの低減を図るために、例えば、特許文献1に開示されているようなCVD装置がある。図4は従来の技術におけるCVD装置の構成図を示している。 Conventionally, in order to reduce particles, for example, there is a CVD apparatus as disclosed in Patent Document 1. FIG. 4 shows a configuration diagram of a conventional CVD apparatus.
図4において基板支持具3上の基板2の外周に反応ガス排気口6が配置されているため、ガス供給口5から供給されたガスが基板2の面上を流れた後チャンバー1内に拡散することなく排気口6により排気されるという構成となっている。
しかしながら、上記従来の構成では排気口6が1箇所で、かつ基板2の周辺近傍に偏在しているため、所望する加工特性を得るための製造装置の加工条件設定の自由度が小さくなる可能性があった。また、上記従来例はCVD装置についての例であるが、例えば、プラズマを発生させて放電処理を行うドライエッチやプラズマCVD装置などに展開をした際には、ガス流れの乱れ、プラズマの不均一などからパーティクル低減はできるものの、加工特性が悪化する恐れがあった。
However, since the exhaust port 6 is unevenly distributed in the vicinity of the periphery of the
そこで、本発明は、上記課題に鑑み、反応ガスの流れを制御しつつ、パーティクルの低減も同時に図れるプラズマ処理装置及びそれを用いた半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus capable of controlling the flow of a reactive gas and simultaneously reducing particles, and a method of manufacturing a semiconductor device using the plasma processing apparatus.
上記課題を解決するため、本発明のプラズマ処理装置は、基板を放電処理する処理室と、前記処理室を真空排気するための排気口と、前記基板に対し反応ガスを供給するためのシャワーヘッドを備えた基板処理装置であって、前記排気口に加えて、前記シャワーヘッドから真空排気する手段を備えていることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a plasma processing apparatus of the present invention includes a processing chamber for discharging a substrate, an exhaust port for evacuating the processing chamber, and a shower head for supplying a reactive gas to the substrate. In addition to the exhaust port, the substrate processing apparatus includes means for evacuating the shower head.
前記シャワーヘッドが1個の構造体であり、その内部に真空排気する部分と、ガス供給する部分を備え、それらが分離して構成されていることが好ましい。 It is preferable that the shower head is a single structure, and includes a portion for evacuating and a portion for supplying a gas, which are separated from each other.
前記処理室内の前記基板周辺部に不活性ガス導入口を備えていることがさらに好ましい。 More preferably, an inert gas inlet is provided in the periphery of the substrate in the processing chamber.
また、本発明の半導体装置の製造方法は、基板を処理室内の所定の位置に設置する工程と、前記処理室内を排気口から真空引きした後、前記半導体基板の上部に設けられたシャワーヘッドから反応ガスを導入しつつ前記処理室内を所定の圧力となるよう調整する工程と、前記半導体基板の上下に設置された上部電極及び下部電極の間に電界を加えてプラズマを発生させ、前記半導体基板を前記プラズマに曝して所定の加工を行う工程と、前記加工工程の終了後、前記反応ガスの供給および前記電界の印加を停止し、前記排気口および前記シャワーヘッドに設けられた真空排気手段から前記処理室内を真空引きする工程と、を備えている。 Further, the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention includes a step of installing a substrate at a predetermined position in a processing chamber, and a vacuum from the exhaust port to the processing chamber, and then a shower head provided on the semiconductor substrate. A step of adjusting the inside of the processing chamber to a predetermined pressure while introducing a reaction gas; and an electric field is applied between an upper electrode and a lower electrode installed above and below the semiconductor substrate to generate plasma, and the semiconductor substrate A predetermined process by exposing the plasma to the plasma, and after the completion of the processing process, the supply of the reaction gas and the application of the electric field are stopped, and vacuum exhaust means provided in the exhaust port and the shower head are used. Evacuating the processing chamber.
前記排気口および前記シャワーヘッドに設けられた真空排気手段から前記処理室内を真空引きする工程において、前記シャワーヘッドから不活性ガスを同時に供給することが好ましい。 In the step of evacuating the processing chamber from the vacuum exhaust means provided in the exhaust port and the shower head, it is preferable that an inert gas is simultaneously supplied from the shower head.
前記加工工程はドライエッチングあるいは薄膜堆積のいずれかであることがさらに好ましい。 More preferably, the processing step is either dry etching or thin film deposition.
本発明によれば、基板を放電処理しない時間に不活性ガスを導入しながらシャワーヘッドからも排気を行うため、基板処理装置において通常の基板処理時には所望の加工特性が得られ、基板処理をしない時間には基板に付着するパーティクルを低減することができる。 According to the present invention, since the exhaust gas is exhausted from the shower head while the inert gas is introduced during the time when the substrate is not subjected to the discharge treatment, a desired processing characteristic can be obtained during the normal substrate processing in the substrate processing apparatus, and the substrate processing is not performed. In time, particles adhering to the substrate can be reduced.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明の実施の形態における枚葉式ドライエッチング装置の構成図である。 FIG. 1 is a configuration diagram of a single wafer dry etching apparatus according to an embodiment of the present invention.
101は基板を減圧で放電処理するチャンバー、102は基板、103は基板を保持する機構を持つ下部電極、104はガス導入と真空排気の手段を備えたシャワーヘッド、105は排気口、106はシャワーヘッド104と排気口105の真空排気能力を任意に分配できる排気分配手段、107は放射状に6方向から基板102の中心方向へ向けてチャンバー101の側面に設置した不活性ガス導入口、108はシャワーヘッド104に接続された反応ガス導入管、109は排気口105から排気分配手段106を介して分岐され、シャワーヘッド104に接続された分岐配管である。
101 is a chamber in which the substrate is subjected to discharge treatment under reduced pressure, 102 is a substrate, 103 is a lower electrode having a mechanism for holding the substrate, 104 is a shower head equipped with gas introduction and evacuation means, 105 is an exhaust port, and 106 is a shower Exhaust distribution means 107 that can arbitrarily distribute the vacuum exhaust capability of the
また、図2は本発明の実施の形態における枚葉式ドライエッチング装置のシャワーヘッドの構成を示す図であり、図2(a)はシャワーヘッドの内部構成を示す図、図2(b)はシャワーヘッドの表面構造を示す図である。 2 is a diagram showing the configuration of the shower head of the single-wafer dry etching apparatus according to the embodiment of the present invention, FIG. 2 (a) is a diagram showing the internal configuration of the shower head, and FIG. It is a figure which shows the surface structure of a shower head.
従来、一般に基板処理装置のシャワーヘッドは反応ガスを供給する目的で配置されるものであったが、本実施の形態では、シャワーヘッド104は真空排気手段を併せ持つ構成である。
Conventionally, a shower head of a substrate processing apparatus is generally arranged for the purpose of supplying a reaction gas, but in the present embodiment, the
図2(a)に示すように、シャワーヘッド104の内部は、十字星型に設置した隔壁112により、真空排気領域(ハッチング部分)とガス供給領域(ハッチングのない部分)に2分割されている。一方、シャワーヘッド104の表面では、図2(b)に示すように基板と対向する面のうち、上記真空排気領域上にはガス導入穴113が、真空排気領域には排気穴114が配設されている。
As shown in FIG. 2A, the interior of the
図3には本発明の実施の形態におけるシャワーヘッドの透視斜視図を示す。シャワーヘッド104内の前記2つの領域は隔壁112によって分離され、上部で分岐配管109と反応ガス導入管108にそれぞれ連結されており、独立して真空排気とガス供給が可能な構成となっている。
FIG. 3 shows a perspective view of the shower head in the embodiment of the present invention. The two regions in the
次に本実施の形態におけるドライエッチング装置を用いた基板の処理工程について説明する。 Next, a substrate processing process using the dry etching apparatus in this embodiment will be described.
最初に、図示しない搬送機構を用いてシリコン基板102を下部電極103上に搬送する。
First, the
チャンバー101内を排気口105から真空引きした後、シャワーヘッド104から反応ガスを導入し、排気口105からの排気量を調整して、チャンバー101内を所定の圧力になるようにする。次に、図示しない上部電極と下部電極103の間に電界を加えて放電を開始させる。このようにして発生させたプラズマにシリコン基板102が曝されて、シリコン基板102ないしは基板上に形成された材料がエッチングされることにより、所定の加工が行われる。
After the inside of the
なお、矢線110は反応ガスの流れを示している。
In addition, the
所定の加工が終了すると、シャワーヘッド104からの反応ガスの導入を停止し、放電を停止すると同時に不活性ガス導入口107からN2などの不活性ガスを導入する。なお、矢線111は不活性ガスの流れを示している。
When the predetermined processing is completed, the introduction of the reaction gas from the
一方、不活性ガスの導入と同時に排気分配手段106を動作させ、通常の排気口105と、シャワーヘッド104に取り付けられた分岐配管109とを用いて、一定時間排気を行う。この際、排気口105からの排気能力と分岐配管109からの排気能力は排気分配手段106によってそれぞれ調節される。
On the other hand, the exhaust distribution means 106 is operated simultaneously with the introduction of the inert gas, and exhaust is performed for a certain period of time using the
その後、不活性ガス導入口107からの不活性ガス導入を止め、次の基板処理の準備のため再度真空引きを行う。ここで排気分配手段106を初期の状態に戻し、分岐配管109からの真空排気経路を遮断する。
Thereafter, the introduction of the inert gas from the
その後、加工を終えたシリコン基板102を前記搬送機構により搬出すると共に次の基板を搬入する。以上が当該エッチング装置に関する基板処理の一連の動作である。
Thereafter, the processed
上記において放電処理終了後、チャンバー101から反応ガスが十分に真空排気されるまでの間、基板102上に滞留するパーティクルをシャワーヘッド104から分岐配管109を通して不活性ガスとともに排気し、基板102に付着するパーティクルを低減する。
In the above, until the reaction gas is sufficiently evacuated from the
また、シャワーヘッド104からの排気は基板の放電処理をしない時間に行うので、放電加工中の加工条件を自由に設定することが可能で、加工特性に対する悪影響はない。
Further, since the exhaust from the
なお、シャワーヘッド104の構成については、真空排気とガス供給の領域が独立し、真空排気とガス供給の動作が基板102上の空間に効率よくなされることが重要であるので、図2に示した構成に限られず、同心円状、二重螺旋状などに分割することも可能である。
Note that the configuration of the
なお、本実施の形態では基板加工後にシャワーヘッド104から真空排気する場合を説明したが、前記パーティクルの低減効果は基板搬送が終了し、次の基板処理に際して反応ガスの導入開始する迄の時間にも同様に有効に作用するため、放電の前後で併用すればより効果的である。
In this embodiment, the case where the vacuum is exhausted from the
また、本実施の形態ではシリコン基板を用いたが、化合物半導体基板やその他の基板、例えばサファイア基板やガラス基板等であってもよい。 In this embodiment, a silicon substrate is used. However, a compound semiconductor substrate or other substrate such as a sapphire substrate or a glass substrate may be used.
また、本実施の形態ではドライエッチング装置を例にして説明したが、本発明は同様な処理室構成を持つ他のプラズマ処理装置、例えばプラズマCVD装置等においても同様に実施できる。 In this embodiment, the dry etching apparatus is described as an example. However, the present invention can be similarly applied to another plasma processing apparatus having a similar processing chamber configuration, such as a plasma CVD apparatus.
本発明に係るプラズマ処理装置は、大面積でかつ微細パターンを有する半導体装置の製造装置として特に有用である。 The plasma processing apparatus according to the present invention is particularly useful as an apparatus for manufacturing a semiconductor device having a large area and a fine pattern.
1 チャンバー
2 基板
3 基板支持具
4 基板加熱装置
5 ガス供給口
6 排気口
101 チャンバー
102 シリコン基板
103 下部電極
104 シャワーヘッド
105 排気口
106 排気分配手段
107 不活性ガス導入口
108 反応ガス導入管
109 分岐配管
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (6)
前記処理室を真空排気するための排気口と、
前記基板に対し反応ガスを供給するためのシャワーヘッドを備えた基板処理装置であって、前記排気口に加えて、前記シャワーヘッドから真空排気する手段を備えていることを特徴とするプラズマ処理装置。 A processing chamber for discharging the substrate;
An exhaust port for evacuating the processing chamber;
A substrate processing apparatus comprising a shower head for supplying a reaction gas to the substrate, wherein the plasma processing apparatus comprises means for evacuating the shower head in addition to the exhaust port. .
前記処理室内を排気口から真空引きした後、前記半導体基板の上部に設けられたシャワーヘッドから反応ガスを導入しつつ前記処理室内を所定の圧力となるよう調整する工程と、
前記半導体基板の上下に設置された上部電極及び下部電極の間に電界を加えてプラズマを発生させ、前記半導体基板を前記プラズマに曝して所定の加工を行う工程と、
前記加工工程の終了後、前記反応ガスの供給および前記電界の印加を停止し、前記排気口および前記シャワーヘッドに設けられた真空排気手段から前記処理室内を真空引きする工程と、を備えた半導体装置の製造方法。 Installing the semiconductor substrate at a predetermined position in the processing chamber;
After evacuating the processing chamber from an exhaust port, adjusting the processing chamber to a predetermined pressure while introducing a reactive gas from a shower head provided on the semiconductor substrate;
A step of generating a plasma by applying an electric field between an upper electrode and a lower electrode installed above and below the semiconductor substrate, exposing the semiconductor substrate to the plasma, and performing a predetermined processing;
A semiconductor device comprising: a step of stopping supply of the reaction gas and application of the electric field after the processing step and evacuating the processing chamber from a vacuum exhaust unit provided in the exhaust port and the shower head; Device manufacturing method.
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